CN111036419B - 一种煤预矿化微矿分离工艺及用该工艺制备高热值水煤浆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种煤预矿化微矿分离工艺，其包括进料预矿化、分离两个步骤：对煤浆进行预矿化，得到包含表面粘附微米级气泡的含碳‑氢可燃物颗粒的矿化后煤浆；将矿化后煤浆输送至微矿分离塔(5)，微矿分离塔(5)底部空气通过气体分布器(11)向微矿分离塔(5)中通入毫米级气泡，表面粘附微米级气泡的含碳‑氢可燃物颗粒与微矿分离塔(5)中上升的毫米级气泡粘附，毫米级气泡带动含碳‑氢可燃物颗粒上浮，煤浆中亲水性的矿物颗粒下沉。本发明进料预矿化器(3)可以将矿化装置内的空气剪切成微米级气泡粘附在含碳‑氢的可燃物颗粒表面，进一步增强含碳‑氢可燃物颗粒与上升的毫米级气泡的粘附盖率，从而迅速与矿物颗粒分离。

Description

一种煤预矿化微矿分离工艺及用该工艺制备高热值水煤浆

技术领域

本发明属于微细矿物颗粒分离领域，具体涉及一种煤预矿化微矿分离工艺及采用该工艺制备高热值水煤浆。

背景技术

我国是煤炭生产和消费大国，煤炭的清洁化利用是保障我国能源绿色和可持续发展以及国家能源安全的重要研究课题。煤炭是一种碳质有机岩与无机矿物质(灰分)的混合物，煤炭中矿物质在燃烧过程当中不仅不会产生热量，反而会将一部分煤燃烧产生的热量带走。数据表明，煤中灰分每下降1％，火力发电厂每发一度电所消耗的标煤量会下降3-4g，每年可减少二氧化碳排放量1500-3700万吨。因此，为了提升煤炭综合利用效率，减少煤炭利用污染物排放，在煤炭使用前应尽可能的去除煤中的矿物质。

然而，由于大型机械化采煤技术的迅速发展与广泛使用，煤矿石在开采过程中会造成矿石细化，以及伴随着更多细粒粘土矿物混杂。机械采煤设备在运行时并不能对煤层及矸石层进行有效区分，导致采出原矿中含有大量微细粘土矿粒以及微细含碳-氢可燃物颗粒。虽然对细煤颗粒和微细细煤颗粒的定义尚未达成共识，但一般认为粒径小于6mm的煤颗粒定义为细粒煤，粒径小于250μm的煤颗粒定义为微细煤粒。这些微细颗粒通常因其质量低，表面能高，受流体曳力影响大等因素，在传统的洗选分离过程诸如跳汰、重力旋流并未得到有效的分离。

人们对于微细颗粒的表面性质认识不断深入，众多分离方法的产生及分离设备工艺的优化促进了微细矿物颗粒分离的工业化应用。由于煤炭是一种含有有机碳氢化合物与无机矿物质的复杂混合物。煤炭中有机组分成分复杂，是以芳环等为骨架的碳氢化合物的混合物，其以非极性键构成的表面具有较强的疏水性，故易与气泡结合，而其与气泡发生结合的过程，称为矿化过程；而煤炭中矿物质多以粘土矿物及石英为主，具有较强的亲水性，与气泡的粘附概率较低，不跟随气泡向上运动。因此利用二者疏水性的差异，可对二者进行分离。

而目前对煤炭中含碳-氢可燃物颗粒和矿物质颗粒在分离塔中进行分离时存在的问题是：由于微细颗粒进行泡沫分选的过程需要提供高度湍流的环境使矿物颗粒与气泡发生结合，而矿化后的矿浆虽然已将目标矿物颗粒与气泡结合形成絮团，但夹带严重，需要相对静态的环境以强化疏水组分与亲水颗粒的分离，否则会发生反混导致加重精矿夹带的现象。为了避免该问题，现有技术在分离前将煤浆、药剂、空气在搅拌器中搅拌混合，以进行矿化，其存在的问题是：1、搅拌时间不容易控制，搅拌时间短，会造成搅拌不均匀、矿化程度低，而搅拌时间长又会造成已经矿化的碳氢化合物颗粒受到破坏；2、煤炭中疏水性的含碳-氢的可燃物颗粒与气泡结合率低，且结合不牢固，最后导致分离塔中分离后含碳-氢的可燃物颗粒和矿物颗粒无法和煤浆中的水分离，且含碳-氢的可燃物颗粒和矿物颗粒的相界面混沌，矿物颗粒中夹带着含碳-氢的可燃物颗粒，含碳-氢的可燃物颗粒中有夹杂着大量矿物颗粒，分离效果差。

因此将煤浆的矿化单元分离出来，在分离前对煤浆进行预矿化，且开发一种适合煤炭分离领域的预矿化装置、寻找一种合适的预矿化与分离结合的分离工艺是必须的。

发明内容

本发明涉及一种煤炭微矿分离技术，微矿分离技术是一种以劣质煤、洗选中煤、煤泥、洗选尾煤、煤矸石及其他煤炭加工过程固体废弃物中通过特殊技术分离出清洁固体染料/原料(Clean Solid Fuel/Feedstock,CSF)和土壤改良用矿物质(Soil RemediationMinerals,SRM)技术。

本发明第一方面提供一种煤预矿化微矿分离工艺，该预矿化微矿分离工艺包括进料预矿化、含碳-氢可燃物颗粒与矿物颗粒分离两个步骤：

步骤一，进料预矿化：将煤与水混配的煤浆储存于进料缓冲罐1中，进料缓冲罐1中的煤浆经过煤浆进料泵2输送至进料预矿化器3，同时或然后，微矿分离药剂与水在静态混合器4中混合后进入进料预矿化器3，并向进料预矿化器3中引入空气，使煤浆与微矿分离药剂、水、空气混合矿化，得到包含表面粘附微米级气泡的含碳-氢可燃物颗粒的矿化后煤浆；

步骤二，含碳-氢可燃物颗粒与矿物颗粒分离：将步骤一得到的矿化后煤浆通过微矿分离塔进料口6进入微矿分离塔5，微矿分离塔5底部空气通过气体分布器向微矿分离塔5通入毫米级气泡，常规尺寸2-3mm，随着上浮，毫米级气泡的尺寸增大至8-15mm，表面粘附微米级气泡的含碳-氢可燃物颗粒与微矿分离塔5中上升的毫米级气泡粘附，毫米级气泡带动含碳-氢可燃物颗粒上浮，在微矿分离塔5的上部形成气泡层，气泡层中的水分携带亲水性的矿物颗粒下沉，使气泡层含碳-氢可燃物颗粒浓度逐渐升高形成顶流精煤，从塔顶溢出进入顶流精煤罐7，煤浆中亲水性的矿物颗粒在絮凝剂的作用下下沉，矿物颗粒浓度随着微矿分离塔5中水平位置的降低而增高，在塔底形成底流矿浆，然后进入底流尾煤罐9。

优选地，步骤二中，在塔底形成底流矿浆，然后通过一个倒U形排出管10和高位控制阀8进入底流尾煤罐9。

其中，使用的进料预矿化器3包括以下部件：

泵机31，其包括电机311和受其驱动的主轴312以及第一安装盘313，所述主轴312伸出所述第一安装盘313一段距离；

分散部件32，其包括两个盘片321和位于两个所述盘片321之间的多个分散片322，所述分散片的上下沿与分别与该两个盘片固定连接，其中一个盘片321上具有主轴插入孔323，另一个盘片321上具有物料吸入口324，所述分散片322一端向着物料吸入口324内缘延伸，另一端向着所述盘片321的外缘延伸，相邻分散片之间构成流体涵道325；

存储部件33，其包括储料室331、第二安装盘332和储料室出口333；所述第二安装盘332上具有凹陷的分散部件容纳区3323和非凹陷环形平台3321，后者上具有多个呈周向分布的曲线形剪切挡板3322，每个曲线形剪切挡板3322的一端设置在非凹陷环形平台3321内缘，另一端远离所述内缘，每个曲线形剪切挡板3322与所述非凹陷环形平台3321内缘之间构成了渐扩式物料甩出槽3324，其下游通过物料流通孔3325与储料室331流体连通；

进料口36；

上述部件的连接关系如下：

所述分散部件32设置于所述分散部件容纳区3323内，所述主轴312的伸出部分插入所述主轴插入孔323，以带动所述分散部件32旋转；所述物料吸入口324通过进料管35与进料口36连通；所述流体涵道325与所述物料甩出槽3324流体连通。

优选地，所述分散片322呈直线或曲线布置；所述泵机31上还具有第一紧固件315，所述存储部件33上还具有第二紧固件336，二者配合将所述泵机31和存储部件33连接在一起并实现密封；所述物料甩出槽3324越靠近所述物料流通口3325一侧越宽且越深，所述物料甩出槽3324的宽度为3mm-7mm。

优选地，所述储料室出口333的下游还设有剪切管34，所述剪切管34内部设有通孔板341和位于其紧下游的折流板342，所述通孔板341通过其中心通孔3411与所述储料室出口333流体连通，所述折流板342与所述通孔板341的彼此相对表面上各自具有锯齿形沟槽343，锯齿形沟槽343之间形成第一狭缝345，所述折流板342外缘与所述剪切管34内壁之间形成第二狭缝346，所述折流板342通过支腿344固定；所述第一狭缝345的轴向宽度为0.2mm-1.5mm，所述第二狭缝346的径向宽度为0.5mm-1.5mm。所述存储部件3还包括测压口34和排渣口35。所述矿化装置还包括底座7，其与所述第一紧固件15和所述第二紧固件36连接。

优选地，步骤一中，所述煤选自：发热量高于4500千卡/千克的优质煤，或，发热量低于4500千卡/千克的劣质煤，其中所述劣质煤包括洗选中煤或煤泥或煤矸石；所述煤浆的固体浓度5-20％wt,所述煤浆中含碳-氢可燃物颗粒和矿物颗粒的粒度范围为10-500微米。

其中，步骤二中，所述气泡层的厚度为0.2m-2m。

其中，步骤一中微矿分离药剂包括亲水性纳米颗粒、捕收剂、表面活性剂、pH值调整剂、起泡剂或絮凝剂，其中所述亲水性纳米颗粒为硅铝酸盐纳米颗粒，优选为通过将步骤二所分离出来的矿物质颗粒进一步研磨至纳米尺度范围而制得；其中所述捕收剂为有机硫代化合物，优选为煤油或碱金属的烷基二硫代碳酸盐，例如烷基二硫代碳酸钠或烷基二硫代碳酸钾；其中所述表面活性剂为具有亲水基团和疏水基团的表面活性分子，优选为松醇油、樟脑油、酚酸混合脂肪醇、异构己醇、辛醇、醚醇、酯类物质。其中所述表面活性剂的作用在于定向吸附于水-空气界面，降低水溶液的表面张力，使充入水中的空气易于弥散成气泡和稳定气泡。其中所述pH调节剂例如石灰、碳酸钠、氢氧化钠和硫酸，其作用在于调节微纳水煤浆的酸碱度，用以控制矿物表面特性、矿浆化学组成以及其他各种药剂的作用条件，从而改善微矿分离塔中两者的分离效果；所述起泡剂选自仲辛醇；其中所述絮凝剂例如聚丙烯酰胺和淀粉，其作用在于使矿物细颗粒聚集成大颗粒，以加快其在水中的沉降速度；利用选择性絮凝进行絮凝-脱泥及絮凝-分离。

本发明第二方面提供一种高热值水煤浆，其热值高于4000千卡/千克，基于干基百分比计，其可燃物固含量高于55wt％，优选高于60wt％；其灰分含量低于10wt％，优选低于5wt％；其中所述含碳-氢的可燃物颗粒的粒径小于500微米，优选小于400微米、优选小于300微米、优选小于200微米、优选小于100微米、优选小于50微米、优选小于20微米、优选小于10微米的颗粒，优选小于5微米。

本发明第二方面提供一种高热值水煤浆，其特征在于，将本发明第一方面所述工艺得到的顶流精煤压滤，配制成热值高于4000千卡/千克的高热值水煤浆，基于干基百分比计，其可燃物固含量高于55wt％；其灰分含量低于10wt％。

所述的高热值水煤浆用作水煤浆锅炉燃料的用途，其用于减少锅炉的氮氧化物、硫氧化物和/或颗粒物排放。

另一方面，将底流尾煤罐中的矿物质颗粒用作微矿复合肥原料，微纳分离设备底流产品进入浓缩沉淀池中，沉淀池底流进入压滤机，加入絮凝剂进行压滤脱水，压滤机进料量实施监控，沉淀池溢流与压滤机滤液共同进入循环水系统重复利用。压滤机滤饼进入生物化学反应罐中，根据市场应用要求调整植物需求的氮磷钾及必需的微量元素，各加入量由称量系统实时监控，经过有益菌种发酵等一系列生物化学过程，最终生产微矿复合肥。该用途可以借鉴本申请人在2017年6月27日提出的申请号为“201710502714.6”，发明名称为“一种利用煤或煤矸石生产高热值水煤浆的工艺及采用该工艺的煤气化工艺”中的表述。

微矿分离药剂与水的互溶性低，在通入进料预矿化器3前必须通过静态混合器4进行充分乳化，使其有机相以水相达到次微米级充分乳化。

煤泥浆、微矿分离药剂、水和空气在进料预矿化器3中预矿化的操作方法，包括以下步骤：

A、启动泵机31的电机311，其通过主轴312带动所述分散部件32旋转，同时或然后，煤浆、微矿分离药剂和空气的混合物作为物料从进料口36通过进料管35进入物料吸入口324，所述分散部件32将物料混合并沿所述流体涵道325离心甩出；然后，

B、所述分散部件32边缘和所述曲线形剪切挡板331之间(即物料甩出槽3324的剪切力将物料中的空气剪切成尺寸为100μm-1000μm的第一级微米级气泡，将微矿分离药剂剪切成尺寸为10-100μm的微米级药剂液滴，同时在剪切力的作用下，可以清洗含碳-氢的可燃物颗粒表面的细灰罩盖，所述第一级微米级气泡、所述微米级药剂液滴和含碳-氢的可燃物颗粒不断碰撞，使部分所述第一级微米级气泡和微矿分离药剂粘附在煤浆中含碳-氢的可燃物颗粒上，另一方面，所述第一级微米级气泡和所述微米级药剂液滴碰撞，形成有稳定表面张力的第一级微米级气泡；然后混合物物料在离心力的作用下沿所述物料甩出槽3324经由物料流通孔3325流进储料室331；然后

C、所述储料室331中的混合后的物料经所述储料室出口333流出所述进料预矿化器3。

优选地，所述方法还包括以下步骤：所述储料室331中的物料通过所述储料室出口333经所述中心通孔3411进入所述剪切管34，并依次沿所述第一狭缝345和第二狭缝346流出所述进料预矿化器3，在流经所述第一狭缝345时，所述剪切管34内的锯齿形沟槽343一方面进一步将所述第一级微米级气泡剪切成尺寸为100-500μm的第二级微纳米气泡，另一方面经过第一狭缝345时，由于锯齿形沟槽343特有的锯齿形状，造成第一狭缝345区域内强烈湍流，增强第二级微米级气泡、微米级药剂液滴与含碳-氢的可燃物颗粒碰撞，形成有稳定表面张力的第二级微米级气泡，从而使大量的所述第二级微米级气泡和大量的药剂液滴粘附在煤浆中含碳-氢的可燃物颗粒上，达到矿化效果。而第二狭缝346主要在于保证剪切管34内的压力，在矿化后的矿浆流出第二狭缝346时，由于压力的瞬间降低，使得粘附在含碳-氢的可燃物颗粒上的微米级气泡迅速膨胀放大，可达到300μm-1000μm，使物料中具有稳定表面张力的第二级微米气泡更容易碰撞到含碳-氢的可燃物颗粒，并形成聚团。

其中，步骤A中物料的进料速度为0.3-1.5m/s，进料流量200L/h到1m³/h。，分散部件32的旋转速度为200r/min到3600r/min。

其中，亲水性的矿物颗粒的浓度在微矿分离塔5中以层流沉降的方式向下流动，其浓度不断增加，在塔底通过底流循环U形管10排出塔外。

其中，由于整体微矿分离塔5中的流动属于层流状态，塔中的静压强呈线性化分布，所以气泡层与非气泡层的多相界面与塔中的静压分布呈正比，并可以通过此线性关系调节高位控制阀8，严格控制气泡层厚度以确保顶流精煤产品的质量。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明微矿分离工艺在含碳-氢可燃物颗粒与矿物颗粒分离前对煤浆进行预矿化处理，本发明的进料预矿化器3可以使煤浆中的含碳-氢可燃物颗粒与微矿分离药剂、水和空气湍流强烈混合、充分接触，不仅可以清洗含碳-氢的可燃物颗粒表面的细灰罩盖，还使含碳-氢可燃物颗粒表面粘附微米级气泡，被充分矿化的煤浆经微矿分离塔进料口6进入微矿分离塔5上部，而设计的微矿分离塔5底部空气通过气体分布器11向微矿分离塔5中通入毫米级气泡，而含碳-氢可燃物颗粒表面的微米级气泡可以增强含碳-氢可燃物颗粒与上升的毫米级气泡的粘附盖率，即表面粘附微米级气泡的含碳-氢可燃物颗粒更易于和微矿分离塔5中的上升的毫米级气泡结合，从而迅速与亲水性的矿物颗粒分离，形成明显的分层界面。另一方面，在进料预矿化器3中由于能量输入使得气泡与含碳-氢可燃物颗粒颗粒在湍流场中获得较大动能，使得气泡发生有效碰撞的概率上升，提高提高微矿分离效率。

2、本发明进料预矿化器3中所述分散部件32高速旋转从而将煤浆、矿化药剂和空气的混合物料充分混合并将物料沿所述流体涵道325离心甩出，沿所述物料甩出槽3324经由物料流通孔3325流进储料室331，所述分散部件32边缘和所述曲线形剪切挡板331之间的剪切力将物料中的空气剪切成大量尺寸为100-1000μm的第一级微米级气泡，将矿化药剂剪切成尺寸为10-100μm的微米级药剂液滴，同时清洗含碳-氢的可燃物颗粒表面的细灰罩盖，所述第一级微米级气泡、所述微米级药剂液滴和含碳-氢的可燃物颗粒不断碰撞，使部分所述第一级微米级气泡和矿化药剂粘附在煤浆中含碳-氢的可燃物颗粒上，另一方面，所述第一级微米级气泡和所述微米级药剂液滴碰撞，形成有稳定表面张力的第一级微米级气泡。

3、在本发明优选地实施方案中，本发明进料预矿化器3所述储料室出口333的下游还设有剪切管34，所述剪切管34内部设有通孔板341和位于其紧下游的折流板342，所述通孔板341通过其中心通孔3411与所述储料室出口333流体连通，所述折流板342与所述通孔板341的彼此相对表面上各自具有锯齿形沟槽343，锯齿形沟槽343之间形成第一狭缝345，所述折流板342外缘与所述剪切管34内壁之间形成第二狭缝346。第一狭缝345剪切作用在于进一步将所述第一级微米级气泡剪切成尺寸为100-500μm的第二级微纳米气泡，另一方面经过第一狭缝345时，由于锯齿形沟槽343特有的锯齿形状，造成第一狭缝45区域内强烈湍流，增强第二级微米级气泡、微米级药剂液滴与含碳-氢的可燃物颗粒碰撞，形成有稳定表面张力的第二级微米级气泡，从而使大量的所述第二级微米级气泡和大量的药剂液滴粘附在煤浆中含碳-氢的可燃物颗粒上，达到矿化效果；而第二狭缝346主要在于保证剪切管34内的压力，在矿化后的矿浆流出第二狭缝346时，由于压力的瞬间降低，使得粘附在含碳-氢的可燃物颗粒上的微米级气泡迅速膨胀放大，可达到300μm-1000μm，使物料中具有稳定表面张力的第二级微米气泡更容易碰撞到含碳-氢的可燃物颗粒，并形成聚团，进一步提高分离效率。

4、在本发明优选地实施方案中，本发明进料预矿化器3共包括三处狭缝，第一处狭缝为第二安装盘332上所述物料甩出槽3324，第二处狭缝为剪切管32中所述第一狭345，第三处狭缝为剪切管32中所述第二狭缝346，每一处狭缝均对矿化药剂、空气、煤浆具有剪切作用，其中，物料甩出槽3324的剪切作用在于将物料中的空气剪切成尺寸为100μm-1000μm的第一级微米级气泡，将矿化药剂剪切成尺寸为10-100μm的微米级药剂液滴，同时清洗含碳-氢的可燃物颗粒表面的细灰罩盖，所述第一级微米级气泡、所述微米级药剂液滴和含碳-氢的可燃物颗粒不断碰撞，使部分所述第一级微米级气泡和矿化药剂粘附在煤浆中含碳-氢的可燃物颗粒上，另一方面，所述第一级微米级气泡和所述微米级药剂液滴碰撞，形成有稳定表面张力的第一级微米级气泡；第一狭缝345剪切作用在于进一步将所述第一级微米级气泡剪切成尺寸为100-500μm的第二级微纳米气泡，另一方面经过第一狭缝345时，由于锯齿形沟槽343特有的锯齿形状，造成第一狭缝345区域内强烈湍流，增强第二级微米级气泡、微米级药剂液滴与含碳-氢的可燃物颗粒碰撞，形成有稳定表面张力的第二级微米级气泡，从而使大量的所述第二级微米级气泡和大量的药剂液滴粘附在煤浆中含碳-氢的可燃物颗粒上，达到矿化效果；而第二狭缝346主要在于保证剪切管34内的压力，在矿化后的矿浆流出第二狭缝346时，由于压力的瞬间降低，使得粘附在含碳-氢的可燃物颗粒上的微米级气泡迅速膨胀放大，可达到300μm-1000μm，使物料中具有稳定表面张力的第二级微米气泡更容易碰撞到含碳-氢的可燃物颗粒，并形成聚团。

5、本发明矿化后煤浆通过微矿分离塔进料口6进入微矿分离塔5，微矿分离塔5底部空气通过气体分布器向微矿分离塔5通入毫米级气泡，表面粘附微米级气泡的含碳-氢可燃物颗粒与微矿分离塔5中上升的毫米级气泡粘附，然后上浮，在微矿分离塔5的上部形成气泡层，气泡层厚度为0.2m-2m之间，是现有分离塔分离工艺的5-10倍，气泡层中的水分携带亲水性的矿物颗粒下沉，进一步提高顶流精煤的品质。

6、本发明中本试验所使用的劣质煤经微矿分离后得精煤灰分为15.25％，尾煤灰分为79.15％，可燃物回收率为77.28％，而相同条件下经普通搅拌器搅拌后进入微矿分离塔5分离所得精煤灰分为22.58％，尾煤灰分为65.67％，可燃物回收率仅为56.39％。因此，本发明进料预矿化器3不仅可以将煤浆和矿化药剂充分混合，还可以将矿化装置内的空气剪切成微米级气泡，从而提高矿化煤炭中疏水性的含碳-氢的可燃物颗粒与气泡结合率，以及结合牢固性，另一方面，含碳-氢可燃物颗粒表面的微米级气泡可以增强含碳-氢可燃物颗粒与上升的毫米级气泡的粘附盖率，即表面粘附微米级气泡的含碳-氢可燃物颗粒更易于和微矿分离塔5中的上升的毫米级气泡结合，从而迅速与亲水性的矿物颗粒分离，本发明矿化后的煤浆物料经微矿分离塔5分离后得到的相界面清晰，含碳-氢的可燃物颗粒、矿物颗粒与水的分离效果好。

附图说明

图1本发明微矿分离工艺流程图；

图2本发明进料预矿化器3的结构示意图，其为图6中A-A剖面图；

图3本发明剪切管的结构示意图；

图4本发明分散部件的结构示意图；

图5本发明分散部件的结构示意图；

图6本发明第二安装盘的结构示意图；

附图标记在附图说明中的名称为：

1-进料缓冲罐，2-进料泵，3-进料预矿化器，4-静态混合器，5-微矿分离塔，6-微矿分离塔进料口，7-顶流精煤罐，8-高位控制阀，9-底流尾煤管，10-倒U型排出管，11-气体分布器，31-泵机，32-分散部件，33-存储部件，34-剪切管,35-进料管，36-进料口，37-底座，311-电极，312-主轴，313-第一安装盘，314-第一紧固件，321-盘片，322-分散片，323-主轴插入孔，324-物料吸入口，325-流体涵道，331-储料室，332-第二安装盘，333-储料室出口，334-测压口，335-排渣口，336-第二紧固件，341-通孔板,342-折流板,343-锯齿形沟槽,344-支腿,345-第一狭缝,346-第二狭缝,3321-非凹陷环形平台，3322-曲线剪切挡板，3323-分散部件容纳区，3324-物料甩出槽，3325-物料流通口，3411-中心通孔。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的内容作进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

本试验所使用的劣质煤为矿物质含量为30wt％的泥煤，其被输送至破碎机中进行初步破碎后，导入湿磨机中研磨至粒径小于50微米，加入水和添加剂进行湿磨调浆。制备好的煤浆存储在进料缓冲罐1中，煤浆的加入量由煤浆称重仪控制，打开进料缓冲罐搅拌装置，将煤浆搅拌均匀，防止沉降，煤浆中主要有含碳氢的可燃物颗粒(分离后称为精煤)、水、矿物颗粒(或称为灰分，分离后称为尾煤)。试验采用煤油作为捕收剂，仲辛醇作为起泡剂，本试验中捕收剂煤油用量为1‰，起泡剂仲辛醇用量为0.5‰。将煤油与仲辛醇按照质量比2:1配制成混合矿化药剂使用。

待煤浆混合均匀后，使用进料泵2将煤浆输送至本发明所述的进料预矿化器3中，同时，微矿分离药剂与水在静态混合器4中混合后进入进料预矿化器3，并向进料预矿化器3中引入空气，其中煤浆、矿化药剂和空气的比例为：1:0.003:0.4。

启动泵机31的电机311，其通过主轴312带动所述分散部件32旋转，控制分散部件32的旋转速度为1800r/min，从而将煤浆储槽中的煤浆经物料吸入口324吸入分散部件32的流体涵道325中，物料吸入口324吸入物料的流量为500L/h，分散部件32旋转促使所述分散片322带动煤浆、矿化药剂、空气在流体涵道325中充分混合并沿所述流体涵道325离心甩出至物料甩出槽324；所述分散部件32边缘和所述曲线形剪切挡板331之间的剪切力将物料中的空气剪切成第一级微米级气泡，所述第一级微米级气泡和矿化药剂粘附在煤浆中含碳-氢的可燃物颗粒上；此时第一级微米级气泡的尺寸大约为100μm-1000μm，然后物料在离心力的作用下沿所述物料甩出槽3324经由物料流通孔3325流进储料室331；所述物料甩出槽3324越靠近所述物料流通口3325一侧越宽且越深，所述物料甩出槽3324的宽度为由5mm到7mm。

所述储料室331中的物料通过所述储料室出口333经所述中心通孔3411进入所述剪切管34，并依次沿所述第一狭缝345和第二狭缝346流出所述进料预矿化器3，其中中心通孔3411的直径为5mm，而所述第一狭缝345的轴向宽度为0.7mm，所述第二狭缝346的径向宽度为1.2mm，在流经所述第一狭缝345时，所述剪切管34内的锯齿形沟槽343进一步将所述第一级微米级气泡剪切成第二级微纳米气泡，所述第二级微米级气泡和矿化药剂粘附在煤浆中含碳-氢的可燃物颗粒上，其中第二级微米级气泡的尺寸为100μm-500μm。所述存储部件33还包括测压口334和排渣口335。所述进料预矿化器还包括底座37，其与所述第一紧固件315和所述第二紧固件336连接。

所述进料预矿化器3下游连接微矿分离塔5，矿化后煤浆通过微矿分离塔进料口6进入微矿分离塔5，微矿分离塔5底部空气通过气体分布器11向微矿分离塔5中通入毫米级气泡，常规尺寸2-3mm，随着上浮，毫米级气泡的尺寸增大至8-15mm，表面粘附微米级气泡的含碳-氢可燃物颗粒与微矿分离塔5中上升的毫米级气泡粘附，毫米级气泡带动含碳-氢可燃物颗粒上浮，在微矿分离塔5的上部形成气泡层，气泡层中的水分携带亲水性的矿物颗粒下沉，使气泡层含碳-氢可燃物颗粒浓度逐渐升高形成顶流精煤，从塔顶溢出进入顶流精煤罐7，煤浆中亲水性的矿物颗粒在选择性絮凝剂作用下下沉，矿物颗粒浓度随着微矿分离塔5中水平位置的降低而增高，在塔底形成底流矿浆，然后进入底流尾煤罐9。

将样品进行脱水干燥后，使用工业分析仪测试灰分，计算可燃体回收率。结果见表1所示。

其中，灰平衡可燃体回收率计算公式如下：

式中E_a——灰平衡可燃体回收率(％)；

A_j——精煤干基灰分(％)；

A_y——原煤干基灰分(％)；

A_w——尾煤干基灰分(％)。

表1矿化后进入微矿分离塔分离结果

为了对比，本试验将相同条件的煤浆原料、矿化药剂和空气通入搅拌器中搅拌15min小时，搅拌速度为1000r/min，搅拌后同样通入上述微矿分离塔5中，在相同条件下进行分离。

进一步将样品进行脱水干燥后，使用工业分析仪测试灰分，计算可燃体回收率。结果见表2所示。

表1搅拌后进入微矿分离塔分离实验结果

两者对比可知，矿化后矿浆在经微矿分离塔5分离后所得精煤灰分为15.25％，尾煤灰分为79.15％，可燃物回收率为77.28％，而搅拌后矿浆经微矿分离塔分离后所得精煤灰分为22.58％，尾煤灰分仅为65.67％，可燃物回收率仅为56.39％。因此，相对见简单的搅拌矿化，本发明进料预矿化器3不仅可以将煤浆和矿化药剂充分混合，还可以将矿化装置内的空气剪切成微米级气泡，从而提高矿化煤炭中疏水性的含碳-氢的可燃物颗粒与气泡结合率，以及结合牢固性，本发明矿化后的煤浆物料经微矿分离塔5分离后得到的相界面清晰，含碳-氢的可燃物颗粒和矿物颗粒的分离效果好。

将所述精煤产品中碳氢化合物可燃材料颗粒与泡沫分离后，加入一些常规的添加剂便可配制成固含量不低于55wt％的、热值不低于4000千卡/千克的、悬浮稳定的水煤浆。

另一方面，被充分矿化的煤浆经微矿分离塔进料口6进入微矿分离塔5上部，微矿分离塔5底部空气通过气体分布器11向微矿分离塔5中通入毫米级气泡，而含碳-氢可燃物颗粒表面的微米级气泡可以增强含碳-氢可燃物颗粒与上升的毫米级气泡的粘附盖率，即表面粘附微米级气泡的含碳-氢可燃物颗粒更易于和微矿分离塔5中的上升的毫米级气泡结合，从而迅速与亲水性的矿物颗粒分离，形成明显的分层界面。

以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，而不是以任何方式限制本发明的范围，在不脱离本发明范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (9)

1.一种煤预矿化微矿分离工艺，其特征在于，该预矿化微矿分离工艺包括进料预矿化、分离两个步骤：

步骤一，进料预矿化：将煤与水混配的煤浆储存于进料缓冲罐（1）中，进料缓冲罐（1）中的煤浆经过煤浆进料泵（2）输送至进料预矿化器（3），同时或然后，微矿分离药剂与水在静态混合器（4）中混合后进入进料预矿化器（3），并向进料预矿化器（3）中引入空气，使煤浆与微矿分离药剂、水、空气混合矿化，得到包含表面粘附微米级气泡的含碳-氢可燃物颗粒的矿化后煤浆；

步骤二，分离：将步骤一得到的矿化后煤浆输送至微矿分离塔（5），微矿分离塔（5）底部空气通过气体分布器（11）向微矿分离塔（5）中通入毫米级气泡，表面粘附微米级气泡的含碳-氢可燃物颗粒与微矿分离塔（5）中上升的毫米级气泡粘附，毫米级气泡带动含碳-氢可燃物颗粒上浮，在微矿分离塔（5）的上部形成气泡层，气泡层中的水分携带亲水性的矿物颗粒下沉，使气泡层含碳-氢可燃物颗粒浓度逐渐升高形成顶流精煤，从塔顶溢出进入顶流精煤罐（7），煤浆中亲水性的矿物颗粒下沉，矿物颗粒浓度随着微矿分离塔（5）中水平位置的降低而增高，在塔底形成底流矿浆，然后进入底流尾煤罐（9）；

所述进料预矿化器（3）包括以下部件：

泵机（31），其包括电机（311）和受其驱动的主轴（312）以及第一安装盘（313），所述主轴（312）伸出所述第一安装盘（313）一段距离；

分散部件（32），其包括两个盘片（321）和位于两个所述盘片（321）之间的多个分散片（322），所述分散片的上下沿与分别与该两个盘片固定连接，其中一个盘片（321）上具有主轴插入孔（323），另一个盘片（321）上具有物料吸入口（324），所述分散片（322）一端向着物料吸入口（324）内缘延伸，另一端向着所述盘片（321）的外缘延伸，相邻分散片之间构成流体涵道（325）；

存储部件（33），其包括储料室（331）、第二安装盘（332）和储料室出口（333）；所述第二安装盘（332）上具有凹陷的分散部件容纳区（3323）和非凹陷环形平台（3321），后者上具有多个呈周向分布的曲线形剪切挡板（3322），每个曲线形剪切挡板（3322）的一端设置在非凹陷环形平台（3321）内缘，另一端远离所述内缘，每个曲线形剪切挡板（3322）与所述非凹陷环形平台（3321）内缘之间构成了渐扩式物料甩出槽（3324），其下游通过物料流通口（3325）与储料室（331）流体连通；

进料口（36）；

上述部件的连接关系如下：

所述分散部件（32）设置于所述分散部件容纳区（3323）内，所述主轴（312）的伸出部分插入所述主轴插入孔（323），以带动所述分散部件（32）旋转；所述物料吸入口（324）通过进料管（35）与进料口（36）连通；所述流体涵道（325）与所述物料甩出槽（3324）流体连通。

2.根据权利要求1所述的预矿化微矿分离工艺，其特征在于，步骤二中，在塔底形成底流矿浆，然后通过一个倒U形排出管（10）和高位控制阀（8）进入底流尾煤罐（9）。

3.根据权利要求1所述的预矿化微矿分离工艺，其特征在于，所述分散片（322）呈直线或曲线布置；所述泵机（31）上还具有第一紧固件（315），所述存储部件（33）上还具有第二紧固件（336），二者配合将所述泵机（31）和存储部件（33）连接在一起并实现密封；所述物料甩出槽（3324）越靠近所述物料流通口（3325）一侧越宽且越深，所述物料甩出槽（3324）的宽度为3mm-7mm。

4.根据权利要求1所述的预矿化微矿分离工艺，其特征在于，所述储料室出口（333）的下游还设有剪切管（34），所述剪切管（34）内部设有通孔板（341）和位于其紧下游的折流板（342），所述通孔板（341）通过其中心通孔（3411）与所述储料室出口（333）流体连通，所述折流板（342）与所述通孔板（341）的彼此相对表面上各自具有锯齿形沟槽（343），锯齿形沟槽（343）之间形成第一狭缝（345），所述折流板（342）外缘与所述剪切管（34）内壁之间形成第二狭缝（346），所述折流板（342）通过支腿（344）固定；所述第一狭缝（345）的轴向宽度为0.2mm-1.5mm，所述第二狭缝（346）的径向宽度为0.5mm-1.5mm。

5.根据权利要求1所述的预矿化微矿分离工艺，其特征在于，步骤一中，所述煤选自：发热量高于4500千卡/千克的优质煤，或，发热量低于4500千卡/千克的劣质煤，其中所述劣质煤包括洗选中煤或煤泥或煤矸石；所述煤浆的固体浓度5-20%wt，进料缓冲罐（1）中的所述煤浆中含碳-氢可燃物颗粒和矿物颗粒的粒度范围为10-500微米。

6.根据权利要求1所述的预矿化微矿分离工艺，其特征在于，步骤一中微矿分离药剂包括亲水性纳米颗粒、捕收剂、表面活性剂、pH值调整剂、起泡剂或絮凝剂，所述亲水性纳米颗粒选自硅铝酸盐纳米颗粒；所述捕收剂为有机硫代化合物，选自煤油或碱金属的烷基二硫代碳酸盐，所述表面活性剂选自松醇油、樟脑油、酚酸混合脂肪醇、异构己醇、辛醇、醚醇或酯类物质；所述pH调节剂选自石灰、碳酸钠、氢氧化钠或硫酸；所述起泡剂选自仲辛醇；所述絮凝剂选自聚丙烯酰胺或淀粉。

7.根据权利要求1所述的预矿化微矿分离工艺，其特征在于，将底流尾煤罐中的矿物质颗粒用作微矿复合肥原料。

8.一种高热值水煤浆，其特征在于，将权利要求1所述工艺得到的顶流精煤压滤，配制成热值高于4000千卡/千克的高热值水煤浆，基于干基百分比计，其可燃物固含量高于55wt%；其灰分含量低于10wt%。

9.一种权利要求8所述的高热值水煤浆用作水煤浆锅炉燃料的用途，其用于减少锅炉的氮氧化物、硫氧化物和/或颗粒物排放。

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